Wie hoch

Die Etikettiermaschine läuft mit einer Taktrate von bis zu 1.000 Einheiten pro Minute. Die Fehleranalyse dieser Maschine mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit der Kamera wäre ohne die gleichzeitig hohe Bildauflösung nicht möglich gewesen. Quelle: MIKROTRON

LINKS: Ein fehlender Elektrolyttropfen verändert die Batterieeigenschaften, verunreinigt die Produktionsanlage und erhöht die Wartungskosten. Mithilfe von Zeitlupenstudien konnten die relevanten Prozessparameter schnell optimiert werden. Auf dem Bild sind die Tropfen rot gefärbt. Quelle: MIKROTRON

RECHTS: Die Kamera musste seitlich angebracht werden. Aus dieser Perspektive waren die Beschriftungen nur als dünne Linie sichtbar. Bei der Hochgeschwindigkeitsaufnahme sind sie mit einer roten Umrandung gekennzeichnet. Quelle: MIKROTRON

Wenn in einer Produktionslinie Probleme auftreten, kann die Ursache häufig nur schwer oder gar nicht ermittelt werden. Mechanische Fehler können so schnell passieren, dass das Personal nicht eingreifen kann, bevor es zu Unterbrechungen, Stillständen oder Verschwendung kommt. Wenn eine Linie mit einer Taktrate von beispielsweise 100 Teilen pro Minute produziert, können das menschliche Auge und das Gehirn einfach nicht sehen oder berechnen, was falsch läuft.

Infolgedessen werden die meisten Anlagenbetreiber hin und wieder mit den gleichen rätselhaften Fragen konfrontiert: Sind Störungen in der Produktionslinie eine Folge von Werkzeug- oder Geräteverschleiß, sich ändernden Produkten oder Bedienern an der Linie oder müssen Maschinenbetriebsparameter angepasst werden? Oder sind Produktivitätsziele einfach unrealistisch? Die Antwort kann oft durch den Einsatz spezieller Hochgeschwindigkeitskameras gefunden werden.

Im Gegensatz zu Bildverarbeitungskameras, die in Betrieben zur Qualitätssicherung eingesetzt werden, um die Auslieferung fehlerhafter Teile zu verhindern, besteht die Aufgabe von Hochgeschwindigkeitskameras darin, Produktionsabläufe sichtbar zu machen und es den Anlagenbetreibern so zu ermöglichen, bestimmte Phasen des Prozesses zu dokumentieren. Eine detaillierte Bild-für-Bild-Analyse fotografischer Bilder kann die Ursachen von Problemen identifizieren und schnell zu Lösungen führen, die die Anlage auf das geplante Produktivitätsniveau bringen. In vielen Fällen zeigt eine detaillierte visuelle Untersuchung Möglichkeiten für unvorhergesehene Verbesserungen der Prozesseffizienz auf, was zu einer weiteren Produktivitätssteigerung führt.

Hochgeschwindigkeitskameras werden mittlerweile in den unterschiedlichsten Branchen erfolgreich eingesetzt: Abfüllanlagen für die Getränkeproduktion, Pressen für die Blechbearbeitung, Verpackungsmaschinen für die Lebensmittelproduktion, Pharma-Etikettieranlagen, Roboter in der Automobilindustrie und mehr. Um zu sehen, wie das geht, teilen wir hier drei Beispiele aus der Praxis.

Kameras für alle Bedingungen

Produktionsanlagen können riesig sein und in viele verschiedene Linien und Prozesse wie Formen, Pressen, Verpacken, Zusammenbauen, Testen, Etikettieren, Zerkleinern und Bestücken unterteilt sein. Um jeden dieser Prozesse zu überwachen, kann in der Regel eine Hochgeschwindigkeitskamera installiert werden, die üblicherweise von einer Station zur nächsten verlegt wird, wenn die Produktionslinie nicht ordnungsgemäß funktioniert. Das bedeutet, dass die Kameras klein, mobil und einfach einzurichten sein müssen. Das Sichtfeld der Kamera wird durch die Wahl des passenden Objektivs bestimmt. Moderne Sensoren ermöglichen es, die richtige Kombination aus Auflösung, hohen Bildraten und Empfindlichkeit zu finden.

Hochgeschwindigkeitskameras verwenden einen Ringspeicher, der bei vollständiger Befüllung überschrieben wird. Wenn in der Produktionslinie ein Fehler auftritt, wird der Kamera ein Signal gesendet – von einer Person, die den Prozess beobachtet, von einem an die Kamera angeschlossenen Sensor oder wenn die Kamera eine Änderung der Helligkeit im Bild erkennt – und die Aufzeichnung wird gespeichert. Das bis dahin aufgezeichnete Videomaterial verbleibt im internen Speicher und kann über einen Ethernet-Anschluss auf einen Computer, in vielen Fällen einen in der Nähe befindlichen Laptop, heruntergeladen werden.

Alternativ sind auch Kameras mit integriertem Großbildschirm erhältlich, auf denen Videos über eine Touchscreen-Oberfläche angezeigt, bearbeitet, konvertiert und auf eine SD-Karte übertragen werden können. Dies ermöglicht das Arbeiten vor Ort ohne Computer. Die Kameras können bis zu vier Stunden ohne Netzanschluss genutzt werden.

Ermöglicht Hochgeschwindigkeitspräzision

In der pharmazeutischen Industrie ist die perfekte Produktion und Verpackung von Waren nicht nur für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage, sondern auch für die Einhaltung strenger Vorschriften von entscheidender Bedeutung – und doch kann es genauso herausfordernd sein wie in jeder anderen Branche, Produktionsmaschinen mit fehlerfreier Präzision zum Laufen zu bringen. Glas ist aufgrund seiner inerten chemischen Eigenschaften und der Fähigkeit, enthaltene Pulver oder Flüssigkeiten vor der äußeren Umgebung zu schützen, oft das beste Verpackungsmaterial und wird häufig für Flaschen, Spritzen und Ampullen verwendet – allerdings dann, wenn Glasbehälter in einer schnelllebigen Produktion unterwegs sind Linie, sie können leicht gebrochen werden. Glassplitter können in die Produktionsmaschinen fallen oder, schlimmer noch, sogar in das Medikament selbst in der Produktionslinie gelangen.

Ein führendes Unternehmen, das Verpackungs- und Produktionssysteme für die Pharmaindustrie (sowie die Kosmetikindustrie und andere damit verbundene Industrien) baut und vertreibt, ist Bausch + Ströbel, das international von seinem Hauptsitz in Ilshofen, Deutschland, 50 Meilen nordöstlich von Stuttgart aus operiert. Die Anlagen von Bausch + Ströbel fertigen Ampullen, Flaschen und Fläschchen, Spritzen, Patronen und Insulinpens. Ihre Maschinen produzieren bis zu 1.000 Objekte pro Minute und laufen nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen schnell, sondern auch, weil es an bestimmten Stellen im Produktionsprozess Schwungräder gibt, die bestimmte Rotationsgeschwindigkeiten beibehalten müssen, um die erforderliche Zentrifugalkraft zu entwickeln. Unter solchen Bedingungen werden Ampullen mit einem Halsdurchmesser von nur 6,5 mm durch Nadeln gefüllt, die in nur 1146 Millisekunden hinein- und heraustauchen. Wenn die Linie auch nur mit der geringsten Ungenauigkeit arbeitet, besteht die Gefahr, dass die Ampullen unter- oder überfüllt werden (was zu Schaumbildung oder Spritzern führt) oder zerbrechen. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras ist es möglich, genau zu diagnostizieren, warum solche Fehler auftreten, und die Maschinenparameter entsprechend anzupassen.

Im nächsten Schritt des Produktionsprozesses wandern die Ampullen zur Versiegelung in eine Station und sind erneut gefährdet. Der Ampullendeckel wird erhitzt und mit einem Greifer befestigt. Wenn die Ampulle jedoch zu weit von der Flamme entfernt ist, dauert das Erhitzen zu lange, und wenn sie zu nahe ist, ist die Hitze zu stark und die Ampulle wird möglicherweise nicht richtig verschlossen. Auch hier ist es mit einer Hochgeschwindigkeitskamera möglich, die Bewegungen der Maschinen mit bis zu 1.000 Bildern pro Sekunde aufzuzeichnen und anschließend in Zeitlupe abzuspielen, wo sie präzise analysiert und so die Maschinenparameter bei Bedarf neu konfiguriert werden können.

Jonas Bastian Gumb, einer der Ingenieure von Bausch + Ströbel, der mit den Kameras gearbeitet hat, erklärt, dass sie noch einem anderen Zweck dienen: „Weil wir Produktionsmaschinen für Kunden installieren, ermöglichen uns die Kameras, diese in Zeitlupe zu zeigen.“ , wie die Systeme funktionieren. Sie sind erstaunt, dass man die Vorgänge in den Maschinen so detailliert sehen kann.“

Bildweise Fehlererfassung

Varta Consumer Batteries, einer der größten Batteriehersteller der Welt, ist ein weiteres Unternehmen, das von Hochgeschwindigkeitskameras profitiert. Dank eines speziell formulierten Elektrolyten, der in das Batteriegehäuse eingespritzt wird, sind die Batterien der neuesten Generation von Varta deutlich leistungsfähiger als die der Konkurrenz. Der Füllvorgang erfordert eine präzise Dosierung, wenn nur wenige Hundertstelsekunden zur Verfügung stehen. Doch im Werk des Unternehmens in Dischingen bei München kam es häufig zu Problemen, da ein fehlender Elektrolyttropfen die Batterieeigenschaften veränderte und die Produktionslinie verunreinigte. Dies führte zu Produktausfällen aufgrund inakzeptabler Schwankungen in der Leistung der einzelnen Batterien, was teure Wartungsstillstände in der Produktionslinie zur Folge hatte.

Durch die Durchführung von Zeitlupenstudien mit Hochgeschwindigkeitskameras konnte untersucht werden, wie Prozessparameter angepasst werden sollten, um die hohen Qualitätsanforderungen bei gleichzeitig sehr kurzer Zykluszeit zu erfüllen. Projektingenieur Josef Graule erklärt: „Nach nur wenigen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen konnten wir die Fülldüsen so wählen, dass der Füllvorgang ohne störende Spritzer ablief. Anschließend lieferte uns die Kamera Informationen, mit denen wir Engpässe im Produktionsfluss kontinuierlich reduzieren konnten.“ Innerhalb des ersten Jahres führten Untersuchungen an mehr als 20 Punkten im Produktionsprozess zu erheblichen Optimierungen.

Der Einsatz von Kameras ermöglichte auch die Einrichtung eines Kontrollpunkts für kontinuierliche Messungen im Varta-Werk. Erstmals konnte ein neues Lasermesssystem zur Qualitätskontrolle präzise montiert werden, da durch Zeitlupenvideos die genaue Stelle der Batterien sichtbar wurde, an der die Messung erfolgen sollte und an welcher Stelle die Messung bei drehendem System erfolgen konnte bei voller Kapazität. Die integrierte Zeitstempelfunktion der Kamera, die auf jedes einzelne Bild angewendet wird, ermöglicht eine millisekundengenaue Kalibrierung der Prozesse.

Hochgeschwindigkeitskameras können nicht nur zur Behebung störender Probleme in der Produktionslinie führen, sondern auch detaillierte Informationen über das Maschinenverhalten liefern, die dazu genutzt werden können, das Auftreten von Problemen von vornherein zu verhindern. Sowohl die Effizienz der Produktionslinie als auch die Qualitätskontrolle profitieren davon. Wie Jonas Bastion von Bausch + Ströbel sagt: „Man muss selbst sehen, wie diese Kameras funktionieren, um sie voll und ganz zu schätzen.“ Ihr Wert für die Betriebsführung und Qualitätskontrolle wird von vielen Menschen wirklich unterschätzt.“

Max Scholz ist Produktmanager bei der MIKROTRON GmbH. Für weitere Informationen wenden Sie sich an Steve Ferrell, Leiter Geschäftsentwicklung, unter (858) 774-1176, [email protected] oder besuchen Sie www.mikrotron.de.